勝手にインフラ隊 ( の中の人といっしょ ) に学ぶネットワーク講座

勝手にインフラ隊(の中の人といっしょ)に学ぶネットワーク講座勝手にインフラ隊(の中の人といっしょ)に学ぶネットワーク講座まーる maruesh@wankuma.com

Agenda • そもそもネットワークとは？ • プロトコル • OSI参照モデル • データとデータユニット • ネットワーク機器 • イーサネットの基本 • まとめ

そもそもネットワークとは？ • 本来の意味は「網の目」 • 派生して「(何かを)網の目に張り巡らせた状態」 • 「e-Words」によると (http://e-words.jp/) • 網という意味の英単語。複数の要素が互いに接続された網状の構造体。ネットワークを構成する各要素のことをノード、ノード間をつなぐ線のことをリンクと言う。 • 例1)物流ネットワーク • 例2)道路ネットワーク • 今回は「コンピュータ間通信ネットワーク」を勉強します。

コンピュータ間通信ネットワーク データデータ

コンピュータ間通信ネットワーク • コンピュータ(ノード)間を何らかの媒体(リンク)を介して接続し、データ通信を行うネットワーク • 初期のネットワーク • 人が媒体となってコンピュータ間を渡り歩いていた(スニーカーネットワーク)(3分間ネットワーキング*1より) • 現在のネットワーク • LAN • WAN

LANとWAN • LAN(Local Area Network) • 狭い範囲のネットワーク • いつでも接続可能で高速・高品質 • ケーブルは自前で引くので使用料はいらない • (PC等の)デバイス同士を接続 • WAN(Wide Area Network) • 広い範囲のネットワーク • いつでも接続可能ではなく、低速・低品質 • ケーブルは通信会社から借りるので使用料発生 • ネットワーク同士を接続

プロトコル • PC同士のNICをLANケーブルで接続しただけでは通信できない • 通信の取り決めを設定する必要がある • 通信の取り決め＝プロトコル • 現在主流のプロトコルは階層構造 • すなわちプロトコルスタックを構成 • 具体的にはTCP/IPを使っている

OSI参照モデル • 昔は各デバイスメーカがでんでバラバラなプロトコルを利用 • メーカが異なるデバイス間通信をするのに四苦八苦 • ISOがメーカが異なっても相互通信できるようにネットワークモデルを策定 • OSI参照モデルOpen Systems Interconnection Reference Model

OSI参照モデル(手紙の例) • 手紙を送ることを考える。 • 単純に言ってしまえば「手紙を書いて封筒に入れてポストに投函」すること • その後「郵便局員が回収して仕分けして相手の近くの郵便局に運んで相手に届ける」 • この手順をおおざっぱに分けると次の事柄のルールを決める必要がある。 • 内容 • 表現 • 伝送物 • 伝送方法

OSI参照モデル(手紙の例) ①手紙を書く (内容・表現) ③ポストに投函する (伝送方法) ②封筒に入れる (伝送物) ④郵便局員が回収・仕分け (伝送方法) ⑤郵便局員が配達 (伝送方法) ⑥手紙を読む (内容・表現)

OSI参照モデル(手紙の例) • ルールを表にすると次の通り • それぞれの階層に応じてルールが存在

OSI参照モデルはなぜ階層構造か？ • それぞれの層を独立させて扱いやすくする • 手紙の例 • 手紙を中身を考えること • 手紙を書くこと • 便せんを封筒に入れて封をすること • 郵便局員が回収・仕分けすること • 独立しているので、ある階層でルールが変わってもそれ以外には影響がない。 • 例)郵便事業の民営化による伝送方法の変更 • 機能別に考えればよい

OSI参照モデル(７つの階層) • 実際のOSI参照モデルは７階層 • アプリケーション層 • プレゼンテーション層 • セション層 • トランスポート層 • ネットワーク層 • データリンク層 • 物理層

OSI参照モデル(レイヤ５～７) • レイヤ７：アプリケーション層 • 階層の最上位に位置し、アプリケーションにネットワークというサービスを提供する。 • レイヤ６：プレゼンテーション層 • データの変換、圧縮、暗号化を行う。 • レイヤ５：セション層 • セッションの開始、維持、管理、終了を行う。 • TCP/IPの場合、レイヤ５～７は１つのプロトコルとして実装される場合が多い

OSI参照モデル(レイヤ３，４) • レイヤ４：トランスポート層 • 信頼性の高い通信サービスを保証する • TCP/IPの場合は、TCPとUDPが担当 • レイヤ３：ネットワーク層 • 離れた場所に存在する相手との間でデータ伝送・運ぶルートの決定・宛先の決定などを行う • TCP/IPの場合は、IPが担当 • TCP/IPの場合、レイヤ７～３のプロトコルはIETFのRFCで規定

OSI参照モデル(レイヤ１，２) • レイヤ２：データリンク層 • 近くの機器とのデータ伝送制御を行う • レイヤ１：物理層 • 実際に電気信号のやりとりを行う • これら２層はイーサネットやIEEE802.3,802.5,FDDIといった規格で取り決められている。

データとデータユニット(宅配便の例) • 宅配便を送ることを考える。 • まず、荷物を梱包。 • 梱包した荷物に宛名を貼って配達を依頼。 • 宅配業者は配送表を貼って宛先に宅配。 • 受け取った側は逆のことをする。 • つまり送りたい荷物以外に必要な情報等をつけて相手に送る。 • 中身をデータとすると、制御情報を付加された全体をデータユニットと呼ぶ

データとデータユニット(TCP/IPの場合) アプリケーション層データレイヤ７～５ではとくに制御データはないプレゼンテーション層データセション層データレイヤ４で制御データを付与されてセグメントトランスポート層セグメントネットワーク層レイヤ３で制御データを付与されてパケットパケットデータリンク層レイヤ２で制御データを付与されてフレームフレーム物理層レイヤ１でフレームをビット列とみなして電気信号に変換ビット列→電気信号

データとデータユニット(TCP/IPの場合) • それぞれで付加される制御データの例 • トランスポート層：TCP or UDP • 発信元、宛先ポート番号等 • ネットワーク層：IP • 発信元、宛先IPアドレス等 • データリンク層：イーサネット • 発信元、宛先MACアドレス等 • 特にTCPは信頼性のないIP上で上位のプロトコルに信頼性を提供するため様々な制御データを付与

ネットワーク機器 • ネットワーク機器には３種類存在 • NIC(Network Interface Card) • PCをネットワークに接続するための機器 • LANカードとかLANボードと呼ばれる • メディア • ネットワーキングメディア、伝送媒体とも呼ばれる • 同軸ケーブル、ツイストペアケーブル、光ケーブル • 最近は無線も使われる • ネットワーキング・デバイス • 通信を制御する機器 • リピータ、ブリッジ、ルータ

ネットワーク機器(リピータ) • レイヤ１：物理層で制御 • ケーブルに流れてきた電気信号を増幅・分配 • 複数ポートを持つモノはハブとも呼ばれる • コリジョンドメインを分割しないため高速通信に適さず最近は姿を見ない

ネットワーク機器(ブリッジ) • レイヤ２：データリンク層で制御 • 受け取ったフレームを解析して、それを元に制御 • 複数ポートを持つモノをスイッチと呼ぶ • コリジョンドメインを分割するがブロードキャストドメインは分割しない

ネットワーク機器(ルータ) • レイヤ３：ネットワーク層で制御 • 受け取ったパケットを解析して、ルーティングを行う • コリジョンドメインおよびブロードキャストドメインを分割する

イーサネットの基本 • CSMA/CD • Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect • キャリア検知・多重アクセス/衝突検出 • ブロードキャスト • 同一の媒体を共有するため、接続デバイスすべてに同じデータを伝送

まとめ • プロトコル：通信手順のこと • 双方同じでないと意味がない • OSI参照モデル • 通信プロトコルは階層構造 • それぞれのレイヤで制御データを付与 • ネットワーク機器 • リピータ、ブリッジ、ルータ • イーサネットの基本 • CSMA/CDとブロードキャスト

参考文献 • ３分間ネットワーキング • http://www5e.biglobe.ne.jp/~aji/3min/index.html • 書籍も出てます。(ISBN:978-4-7741-3279-2) • マスタリングTCP/IPのシリーズ

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